CN117992099A - 一种基于fpga的主备程序升级系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及程序升级技术领域，公开了一种基于FPGA的主备程序升级系统及方法，该系统，包括相互通信连接的软件升级PC机、升级器件。本发明解决了现有技术存在的容易出现升级故障等问题。

Description

一种基于FPGA的主备程序升级系统及方法

技术领域

本发明涉及程序升级技术领域，具体是一种基于FPGA的主备程序升级系统及方法。

背景技术

程序的升级作为ZYNQ芯片的基本功能，传统升级方法是通过外挂仿真器方式进行。此方法存在受设备限制，效率低等缺陷。

因此新的升级方案大多采用设计思路：PC机通过上位机软件将升级程序经过有线链路传到ZYNQ，ZYNQ将程序存入到程序启动FLASH相应地址。

但是，对于新的升级方案，由于设计了更多外设环节，在升级过程中出现断电、上位机程序故障都会导致升级程序未能正常储存到启动FLASH中，设备无法正常升级。最终不仅升级前的正常功能无法实现，而且进行错误的修改的PC升级功能也无法实现。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于FPGA的主备程序升级系统及方法，解决现有技术存在的容易出现升级故障等问题。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

一种基于FPGA的主备程序升级系统，包括相互通信连接的软件升级PC机、升级器件。

作为一种优选的技术方案，升级器件包括ZYNQ-7000芯片。

作为一种优选的技术方案，升级器件还包括与ZYNQ-7000芯片通信连接的存储器。

作为一种优选的技术方案，存储器为FLASH存储器。

作为一种优选的技术方案，存储器的型号为JFM25F128A。

作为一种优选的技术方案，软件升级PC机、升级器件通过网线通信连接。

一种基于FPGA的主备程序升级方法，采用所述的一种基于FPGA的主备程序升级系统进行程序升级。

作为一种优选的技术方案，在存储器中存储两份升级固化程序，分别是主用升级固化程序boot_main.bin、备用升级固化程序boot_backup.bin；其中，boot_main.bin包含升级器件所有功能的程序，boot_backup.bin程序是将升级器件的其他功能进行裁剪，仅保留升级一项功能的程序。

作为一种优选的技术方案，boot_main.bin程序启动包括如下步骤：

A1，启动boot_main.bin程序的FSBL；

A2，初始化boot_main.bin程序的MIO、CLOCK、DDR；

A3，获得boot_main.bin程序所在的存储器地址的分区信息，确认boot_main.bin程序的启动程序的头部信息；

A4，从boot_main.bin程序所在的存储器地址读取boot_main.bin程序的启动程序的头部信息的首个字节，判断首个字节是否为boot_main.bin首字节；若是，则进入步骤A5；若否，则进入步骤A6；

A5，从boot_main.bin程序所在的存储器地址加载启动boot_main.bin程序；

A6，跳转到boot_backup.bin程序所在的存储器地址，加载启动boot_backup.bin程序。

作为一种优选的技术方案，boot_backup.bin程序启动包括如下步骤：

B1，启动boot_backup.bin程序的FSBL；

B2，初始化boot_backup.bin程序的MIO、CLOCK、DDR；

B3，获得boot_backup.bin程序所在的存储器地址的分区信息，确认boot_backup.bin程序的启动程序的头部信息；

B4，从boot_backup.bin程序所在的存储器地址加载启动boot_backup.bin程序。

本发明相比于现有技术，具有以下有益效果：

(1)本发明架构发挥了PC机通过网线链路传到ZYNQ，ZYNQ将程序存入到程序启动FLASH相应地址，此发明克服了传统升级方法是通过外挂仿真器方式进行升级的缺点，使得程序升级效率更高、使用更便捷；

(2)本发明创新设计了主备两套升级程序方案，克服了以下问题：升级过程中出现断电、上位机程序故障都会导致升级程序未能正常储存到启动FLASH中，设备无法正常升级，最终不仅升级前的正常功能无法实现，而且进行错误的修改的PC升级功能也无法实现；本发明主备方案在主程序不能正常工作时，可以运行包含升级功能的备程序，使得设备还有重新升级并且恢复正常升级程序功能优势，使得整体方案实用性、鲁棒性更强；

(3)本发明主备程序根据应用需求，设计成主全功能程序，备仅含升级功能程序，而不是1套全功能程序存两份，大大减小了两套程序储存空间，选用的存储芯片也是国产化芯片，本发明方案在适应国内国产化趋势下，还有效降低了成本。

附图说明

图1为本发明所述的一种基于FPGA的主备程序升级系统的硬件架构框图；

图2为BOOT.bin文件结构图；

图3为FLASH存储程序对应地址示意图；

图4为boot_backup.bin程序启动流程图；

图5为boot_main.bin程序启动流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图1至图5所示，本发明硬件包括软件升级PC机和升级器件。升级程序通过网线进行传输。

本发明选用Xilinx系列的ZYNQ-7000芯片，该芯片在开发时使用的JTAG调试下载进去的二进制文件断电后会丢失的。想要芯片设备重启之后继续能够工作需要对程序进行固化(即将程序存储在非易失性存储器中)。

根据ZYNQ-7000芯片升级程序的固化属性，选择片外非易失性存储器(Quad SPIFLASH模式)，选用JFM25F128A国产FLASH作为固化程序存储。该产品是一款串行SPI FLASH存储器，属于非挥发存储器，可多次写入读出，具有在电源撤除后，仍然保持存储的数据信息的特性。可用于整机系统中的程序存储介质，也可以作为小容量数据存储介质。

对于需要固化的程序通过芯片开发软件生成BOOT.bin文件，其文件结构如图，将BOOT.bin文件存储到FLASH中，升级器件每次上电重启都能够自动运行。

本发明存储在FLASH中设计两套主备升级固化程序(boot_main.bin和boot_backup.bin)。在FLASH选定两块对应地址分别存储主备升级固化程序。如图3。boot_main.bin程序是包含升级器件所有功能的程序。boot_backup.bin程序是将升级器件的其他功能进行裁剪，保留升级一项功能的程序。

boot_backup.bin的设计在功能上仅设计升级功能，单一功能保证了程序的鲁棒性，而且程序占用存储空间小，也大大降低了成本。程序启动顺序流程如图4。

boot_backup.bin程序启动包括如下步骤：

B1，启动boot_backup.bin程序的FSBL；

B2，初始化boot_backup.bin程序的MIO、CLOCK、DDR；

B3，获得boot_backup.bin程序所在的存储器地址的分区信息，确认boot_backup.bin程序的启动程序的头部信息；

B4，从boot_backup.bin程序所在的存储器地址加载启动boot_backup.bin程序。

boot_main.bin包含升级器件所有功能的程序，保证升级器件完整功能的程序。根据bin文件组成，在其FSBL启动代码上进行功能的添加。程序启动顺序流程如图5。

boot_main.bin通过开发软件生成后都能够读取生成文件16进制信息，知晓其首字节。生成文件的FSBL代码部分添加的功能如示意图读取选定FLASH的A区域，将读取启动程序头首个字节，将提前知晓的boot_main.bin首字节进行对比，如果一样从选定FLASH的A区域，加载启动A区域boot_main.bin程序，不一样跳转到选定FLASH的B区域，加载启动B区域boot_backup.bin程序。

boot_main.bin程序启动包括如下步骤：

A1，启动boot_main.bin程序的FSBL；

A2，初始化boot_main.bin程序的MIO、CLOCK、DDR；

A3，获得boot_main.bin程序所在的存储器地址的分区信息，确认boot_main.bin程序的启动程序的头部信息；

A4，从boot_main.bin程序所在的存储器地址读取boot_main.bin程序的启动程序的头部信息的首个字节，判断首个字节是否为boot_main.bin首字节；若是，则进入步骤A5；若否，则进入步骤A6；

A5，从boot_main.bin程序所在的存储器地址加载启动boot_main.bin程序；

A6，跳转到boot_backup.bin程序所在的存储器地址，加载启动boot_backup.bin程序。

本发明具有如下技术效果：

(1)本发明架构发挥了PC机通过网线链路传到ZYNQ，ZYNQ将程序存入到程序启动FLASH相应地址，此发明克服了传统升级方法是通过外挂仿真器方式进行升级的缺点，使得程序升级效率更高、使用更便捷；

(2)本发明创新设计了主备两套升级程序方案，克服了以下问题：升级过程中出现断电、上位机程序故障都会导致升级程序未能正常储存到启动FLASH中，设备无法正常升级，最终不仅升级前的正常功能无法实现，而且进行错误的修改的PC升级功能也无法实现；本发明主备方案在主程序不能正常工作时，可以运行包含升级功能的备程序，使得设备还有重新升级并且恢复正常升级程序功能优势，使得整体方案实用性、鲁棒性更强；

(3)本发明主备程序根据应用需求，设计成主全功能程序，备仅含升级功能程序，而不是1套全功能程序存两份，大大减小了两套程序储存空间，选用的存储芯片也是国产化芯片，本发明方案在适应国内国产化趋势下，还有效降低了成本。

如上所述，可较好地实现本发明。

本说明书中所有实施例公开的所有特征，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于FPGA的主备程序升级系统，其特征在于，包括相互通信连接的软件升级PC机、升级器件。

2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的主备程序升级系统，其特征在于，升级器件包括ZYNQ-7000芯片。

3.根据权利要求2所述的一种基于FPGA的主备程序升级系统，其特征在于，升级器件还包括与ZYNQ-7000芯片通信连接的存储器。

4.根据权利要求3所述的一种基于FPGA的主备程序升级系统，其特征在于，存储器为FLASH存储器。

5.根据权利要求4所述的一种基于FPGA的主备程序升级系统，其特征在于，存储器的型号为JFM25F128A。

6.根据权利要求3至5任一项所述的一种基于FPGA的主备程序升级系统，其特征在于，软件升级PC机、升级器件通过网线通信连接。

7.一种基于FPGA的主备程序升级方法，其特征在于，采用权利要求3至6任一项所述的一种基于FPGA的主备程序升级系统进行程序升级。

8.根据权利要求7所述的一种基于FPGA的主备程序升级方法，其特征在于，在存储器中存储两份升级固化程序，分别是主用升级固化程序boot_main.bin、备用升级固化程序boot_backup.bin；其中，boot_main.bin包含升级器件所有功能的程序，boot_backup.bin程序是将升级器件的其他功能进行裁剪，仅保留升级一项功能的程序。

9.根据权利要求8所述的一种基于FPGA的主备程序升级方法，其特征在于，boot_main.bin程序启动包括如下步骤：

A1，启动boot_main.bin程序的FSBL；

A2，初始化boot_main.bin程序的MIO、CLOCK、DDR；

A3，获得boot_main.bin程序所在的存储器地址的分区信息，确认boot_main.bin程序的启动程序的头部信息；

A4，从boot_main.bin程序所在的存储器地址读取boot_main.bin程序的启动程序的头部信息的首个字节，判断首个字节是否为boot_main.bin首字节；若是，则进入步骤A5；若否，则进入步骤A6；

A5，从boot_main.bin程序所在的存储器地址加载启动boot_main.bin程序；

A6，跳转到boot_backup.bin程序所在的存储器地址，加载启动boot_backup.bin程序。

10.根据权利要求8或9所述的一种基于FPGA的主备程序升级方法，其特征在于，boot_backup.bin程序启动包括如下步骤：

B1，启动boot_backup.bin程序的FSBL；

B2，初始化boot_backup.bin程序的MIO、CLOCK、DDR；

B3，获得boot_backup.bin程序所在的存储器地址的分区信息，确认boot_backup.bin程序的启动程序的头部信息；

B4，从boot_backup.bin程序所在的存储器地址加载启动boot_backup.bin程序。